低温制冷技术应用潜力大

“我国已经实现了大型液氢和液氦低温制冷设备的国产化，并正在致力于研究超流氦领域的低温制冷技术。此类技术不仅有助于我国新能源产业，特别是氢能源产业的发展，还可以解决我国氦气资源缺乏的问题。”8月8日，由中关村天合科技成果转化促进中心举办的以“低温制冷装备技术及其应用”为议题的2018年首期产业前沿技术大讲堂上，与会专家这样描绘低温制冷技术的应用前景。

装备技术国产化

中科院理化技术研究所产业策划部副主任张彦奇介绍，大型低温制冷装备技术是我国工业领域的战略性支撑性关键技术。但在此前很长的时间里，很多人都认为这只是一个配套设备，直接从国外进口。为了改变这一局面，财政部于2011年部署了大型低温制冷装备技术的研制任务。

中科院理化所作为该项目承担单位，研制了首台10kW/20K大型低温制冷设备，其氦透平膨胀机绝热效率≥70%。该装置的研发成功，标志着我国已形成自主设计与制造液氢温度级大型低温制冷设备的能力，打破了国外对该类装备技术的垄断，为我国液氦温度乃至超流氦温度大型低温氦制冷系统的研制奠定了技术和工业基础。

此后，中科院理化所和北京中科富海低温科技有限公司合作，完成了液氦温区大型氦低温制冷机制造技术的突破，制备出我国首套250W液氦温区制冷机，并在2017年10月于河北廊坊通过专家验收。同年11月，中科富海与韩国国家聚变研究所签订了200W/4.5K大型氦制冷机出口商业采购合同，标志着我国大型低温制冷系统核心技术得到了国际认可。

效力氢能产业

近年来，氢能产业的大力推进带动我国大型低温制冷产业快速发展。目前，全球低温制冷设备及系统市场庞大，需求量约5000亿元，预计到2020年，国内大型低温制冷市场总量预计为600亿元，国内20个国家级大科学工程、远期核废料处理、新能源氢液化站和氦战略资源市场都存在巨大的市场需求，且正在以25%的速度持续快速增长。

此外，《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》确定超导托克马克(人造小太阳)等十多项大科学工程必须在超流氦、液氦、液氢级低温环境下运行，大型低温制冷系统也因此成为实现大科学装置低温环境的唯一手段。

“可以预见，第四次工业革命将由氢能源、量子信息以及使用氢燃料电池的交通系统引发。”中科富海公司技术总监熊联友表示，“我们从事的低温技术进步不仅是这三项技术发展的必要基础，而且会加速第四次工业革命的到来。”

熊联友认为，未来的能源与交通离不开大型低温制冷技术。我国正在大力推进氢能产业，氢燃料电池汽车的推广离不开氢气液化，氢气液化就要用到大型低温制冷技术。大型低温装置将氢气液化，再通过远距离运输至加氢站，在加氢站对其气化，最后供给燃料电池汽车。“大型低温装置技术，特别是在20K温区的大型低温装置技术是发展氢能源产业必不可少的核心技术。”熊联友说。

助力氦气自给

熊联友表示，大型低温制冷装备技术除了能够助力氢能源产业发展以外，还能在一定程度上助力我国氦气实现部分自给。

张彦奇介绍说，我国是一个非常贫氦的国家，但同时我国氦的消耗量却非常大，医疗、光纤等领域都需要大量氦气，这就导致我国97%的氦气从国外进口。鄂尔多斯盆地有3万亿立方米天然气，氦气含量约占0.04%，也就是说地下氦气的储量12亿立方米。以前，四川自贡天然气的氦气含量比鄂尔多斯天然气稍微高一点，我国也曾尝试提取氦气，但成本非常高。如果能将鄂尔多斯天然气中的氦气进行提取回收，就可以满足国内三分之一的氦气需求。因此，中科富海的技术人员们产生了一个想法，可不可以使用低温制冷技术来进行氦气提纯?他们将目光瞄向了闪蒸汽(BOG)提氦装置。

“虽然鄂尔多斯地区天然气里面的氦气含量非常低，但我们发现，它液化后在储罐里面产生的闪蒸汽经过多次循环，氦气含量可从原来的0.04%提升到3.5%，这样再提氦就有经济价值了。接下来再用大型低温制冷装备技术，对其进行初氦提取，液化后获得液氦，这样就可以从一定程度上解决我国氦气资源缺乏的问题。”熊联友提出了自己的想法。

文章来源：中国化工报